JP2007242907A - Semiconductor device - Google Patents

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Takashi Saji
隆司 佐治
Saichiro Kaneko
佐一郎 金子
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which plans to reduce a switching loss by efficiently drawing out minority carriers remaining in a reduced surface field region at the time of turnoff. <P>SOLUTION: On a front surface of a semiconductor substrate 100, a reduced surface field region 101 and a base region 102 are formed to be mutually adjacent. A gate electrode 106 is formed on the base region 102. An emitter region 104 is formed in the base region 102. While a collector region 107 being formed in the reduced surface field region 101, a summit semiconductor layer 110 electrically connected with the base region 102 is formed so as to be isolated from the collector region 107. A second gate electrode 113 is formed on the reduced surface field region 101. Moreover, there are provided a collector electrode 109 electrically connected with the collector region 107; and an emitter electrode 115 electrically connected with the base region 102, the emitter region 104, and the second gate electrode 113. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、高耐圧横型絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ等の半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device such as a high breakdown voltage lateral insulated gate bipolar transistor.

Si基板を用いた高耐圧半導体装置として、例えば、パワーMOSFETが、電力制御素子の用途等を中心に発展しているが、近年、高電圧・大電流処理能力を併せ持ち、より消費電力の少ない「絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor)」(以降、「IGBT」と称する)が注目されており、様々な構造を有するIGBTが提案されている。   As a high-voltage semiconductor device using a Si substrate, for example, a power MOSFET has been developed mainly for use as a power control element, but in recent years, it has both high-voltage and large-current processing capability and consumes less power. Insulated gate bipolar transistors (hereinafter referred to as “IGBTs”) have attracted attention, and IGBTs having various structures have been proposed.

以下に、第1の従来例に係る半導体装置として、リサーフ構造を有する代表的な高耐圧横型IGBTについて、図8を参照しながら説明する。図8は、第1の従来例に係る半導体装置の構造について示す断面図である。   Hereinafter, as a semiconductor device according to a first conventional example, a typical high breakdown voltage lateral IGBT having a RESURF structure will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the first conventional example.

図8に示すように、P- 型半導体基板400の表面には、N型リサーフ領域401及びP型ベース領域402が形成されている。 As shown in FIG. 8, an N-type RESURF region 401 and a P-type base region 402 are formed on the surface of the P -type semiconductor substrate 400.

ベース領域402内には、P+ 型コンタクト領域403及びN+ 型エミッタ領域404が形成されている。また、エミッタ領域404上には、ベース領域402をまたがってリサーフ領域401まで延設するように、ゲート絶縁膜405が形成されており、ゲート絶縁膜405上にはゲート電極406が形成されている。 A P + -type contact region 403 and an N + -type emitter region 404 are formed in the base region 402. Further, a gate insulating film 405 is formed on the emitter region 404 so as to extend over the base region 402 to the RESURF region 401, and a gate electrode 406 is formed on the gate insulating film 405. .

一方、リサーフ領域401内には、ベース領域402と離隔するようにP+ 型コレクタ領域407が形成されている。また、リサーフ領域401内の表層部には、ベース領域402と電気的に接続するP型半導体層410が、コレクタ領域407と離隔するように形成されている。また、半導体基板400上には、リサーフ領域401の表面に形成されたフィールド絶縁膜412を介して、層間膜414が形成されている。 On the other hand, a P + -type collector region 407 is formed in the RESURF region 401 so as to be separated from the base region 402. A P-type semiconductor layer 410 electrically connected to the base region 402 is formed on the surface layer portion in the RESURF region 401 so as to be separated from the collector region 407. Further, an interlayer film 414 is formed on the semiconductor substrate 400 via a field insulating film 412 formed on the surface of the RESURF region 401.

また、半導体基板400上には、コレクタ領域407と電気的に接続するコレクタ電極409が形成される一方、半導体基板400上には、コンタクト領域403とエミッタ領域404との双方と電気的に接続するエミッタ電極415が形成されている。   Further, a collector electrode 409 that is electrically connected to the collector region 407 is formed on the semiconductor substrate 400, while it is electrically connected to both the contact region 403 and the emitter region 404 on the semiconductor substrate 400. An emitter electrode 415 is formed.

第1の従来例に係る半導体装置では、ゲート電極406に正の電圧を印加すると、ベース領域402にチャネルが形成されて、エミッタ領域404とリサーフ領域401とが導通する。エミッタ電極415とコレクタ電極409との間を正バイアスし、コレクタ領域407の電位がリサーフ領域401の電位よりも大きくなり、コレクタ領域407の電位とリサーフ領域401の電位との電位差が約0.6Vに達すると、コレクタ領域407からリサーフ領域401に正孔が注入されて、コレクタ電極409からエミッタ電極415にコレクタ電流が流れる。   In the semiconductor device according to the first conventional example, when a positive voltage is applied to the gate electrode 406, a channel is formed in the base region 402, and the emitter region 404 and the RESURF region 401 are conducted. A positive bias is applied between the emitter electrode 415 and the collector electrode 409, the potential of the collector region 407 becomes larger than the potential of the resurf region 401, and the potential difference between the potential of the collector region 407 and the potential of the resurf region 401 is about 0.6V. Then, holes are injected from the collector region 407 into the RESURF region 401, and a collector current flows from the collector electrode 409 to the emitter electrode 415.

このとき、第1の従来例に係る半導体装置では、リサーフ領域401内に少数キャリアが注入されることによって、一般的なバイポーラトランジスタと同様に、伝導度変調が起きるので、ユニポーラ型MOSFETと比較して、IGBT動作時の導通抵抗を低くすることができる。   At this time, in the semiconductor device according to the first conventional example, since the minority carriers are injected into the RESURF region 401, conductivity modulation occurs as in the case of a general bipolar transistor. Therefore, compared with a unipolar MOSFET. Thus, the conduction resistance during the IGBT operation can be lowered.

このため、高出力時の導通損失の低減を図ることができるので、IGBTのチップサイズと同等のチップサイズを有するMOSFETと比較して、消費電力を小さくすることができる。   For this reason, since the conduction loss at the time of high output can be reduced, the power consumption can be reduced as compared with a MOSFET having a chip size equivalent to the chip size of the IGBT.

また、第2の従来例に係る半導体装置として、MOSFET動作とIGBT動作との双方を兼ね備えた横型IGBTについて、図9〜図11を参照しながら説明する(例えば、特許文献1参照)。図9は、第2の従来例に係る半導体装置の構造について示す平面図である。また、図10は、第2の従来例に係る半導体装置の構造について示す断面図であって、具体的には、図9に示すX−X線における断面図である。一方、図11は、第2の従来例に係る半導体装置の構造について示す断面図であって、具体的には、図9に示すXI−XI線における断面図である。   Further, as a semiconductor device according to a second conventional example, a lateral IGBT having both a MOSFET operation and an IGBT operation will be described with reference to FIGS. 9 to 11 (see, for example, Patent Document 1). FIG. 9 is a plan view showing the structure of the semiconductor device according to the second conventional example. FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the second conventional example, specifically, a cross-sectional view taken along line XX shown in FIG. On the other hand, FIG. 11 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the second conventional example, specifically, a cross-sectional view taken along the line XI-XI shown in FIG.

図10及び11に示すように、P- 型半導体基板500の表面には、N型リサーフ領域501及びP型ベース領域502が形成されている。 As shown in FIGS. 10 and 11, an N-type RESURF region 501 and a P-type base region 502 are formed on the surface of the P -type semiconductor substrate 500.

ベース領域502内には、P+ 型コンタクト領域503及びN+ 型エミッタ領域504が形成されている。また、エミッタ領域504上には、ベース領域502をまたがってリサーフ領域501まで延設するように、ゲート絶縁膜505が形成されており、ゲート絶縁膜505上にはゲート電極506が形成されている。 A P + -type contact region 503 and an N + -type emitter region 504 are formed in the base region 502. A gate insulating film 505 is formed on the emitter region 504 so as to extend over the base region 502 to the RESURF region 501, and a gate electrode 506 is formed on the gate insulating film 505. .

一方、リサーフ領域501内には、P+ 型コレクタ領域507(特に、図10参照)がベース領域502と離隔するように形成される一方、リサーフ領域501内には、コレクタ領域507と電気的に接続するN+ 型ドレイン領域508(特に、図11参照)が、ベース領域502と離隔するように形成されている。ここで、コレクタ領域507とドレイン領域508とは、図9に示すように、コレクタ領域507からエミッタ領域504へ向かう方向に対して垂直な方向に、交互に配列するように形成されている。また、リサーフ領域501内の表層部には、ベース領域502と電気的に接続するP型半導体層510が、コレクタ領域507と離隔するように形成されている。また、半導体基板500上には、リサーフ領域501の表面に形成されたフィールド絶縁膜512を介して、層間膜514が形成されている。 On the other hand, a P + -type collector region 507 (particularly, see FIG. 10) is formed in the RESURF region 501 so as to be separated from the base region 502, while the RESURF region 501 is electrically connected to the collector region 507. An N + -type drain region 508 to be connected (particularly, see FIG. 11) is formed so as to be separated from the base region 502. Here, the collector region 507 and the drain region 508 are formed so as to be alternately arranged in a direction perpendicular to the direction from the collector region 507 to the emitter region 504, as shown in FIG. A P-type semiconductor layer 510 that is electrically connected to the base region 502 is formed on the surface layer portion in the RESURF region 501 so as to be separated from the collector region 507. An interlayer film 514 is formed on the semiconductor substrate 500 via a field insulating film 512 formed on the surface of the RESURF region 501.

半導体基板500上には、コレクタ領域507とドレイン領域508との双方と電気的に接続するコレクタ/ドレイン電極509が形成される一方、半導体基板500上には、コンタクト領域503とエミッタ領域504との双方と電気的に接続するエミッタ/ソース電極515が形成されている。   A collector / drain electrode 509 that is electrically connected to both the collector region 507 and the drain region 508 is formed on the semiconductor substrate 500, while the contact region 503 and the emitter region 504 are formed on the semiconductor substrate 500. An emitter / source electrode 515 that is electrically connected to both is formed.

このように、第2の従来例に係る半導体装置では、ドレイン領域508が、リサーフ領域501内に形成されている一方、第1の従来例に係る半導体装置では、図8に示すように、ドレイン領域を備えていない。   Thus, in the semiconductor device according to the second conventional example, the drain region 508 is formed in the RESURF region 501, whereas in the semiconductor device according to the first conventional example, as shown in FIG. Does not have an area.

第2の従来例に係る半導体装置では、コレクタ/ドレイン電極509とエミッタ/ソース電極515との間を正バイアスし、ゲート電極506に正の電圧を印加すると、ドレイン領域508からエミッタ/ソース電極515に電子電流が流れ、MOSFET動作を行う。   In the semiconductor device according to the second conventional example, when a positive bias is applied between the collector / drain electrode 509 and the emitter / source electrode 515 and a positive voltage is applied to the gate electrode 506, the emitter / source electrode 515 is discharged from the drain region 508. An electronic current flows through the MOSFET to perform MOSFET operation.

一方、エミッタ/ソース電極515に流れる電子電流がある程度大きくなり、コレクタ領域507の電位と、リサーフ領域501におけるコレクタ領域507を囲う部分の電位との間にある電位差が約0.6Vに達すると、コレクタ領域507からリサーフ領域501に正孔が注入され、MOSFET動作からIGBT動作へ移行する。   On the other hand, when the electron current flowing through the emitter / source electrode 515 increases to some extent, and the potential difference between the potential of the collector region 507 and the potential of the portion surrounding the collector region 507 in the RESURF region 501 reaches about 0.6V, Holes are injected from the collector region 507 into the RESURF region 501, and the MOSFET operation is shifted to the IGBT operation.

このように、第2の従来例に係る半導体装置では、素子に流れるコレクタ電流が比較的小さいときにはMOSFET動作を行う一方、素子に流れるコレクタ電流がある程度大きくなるとIGBT動作を行う。すなわち、素子に流れるコレクタ電流量に応じて、MOSFET動作又はIGBT動作を行う半導体装置を実現することができる。
特願2005−305335号
Thus, in the semiconductor device according to the second conventional example, the MOSFET operation is performed when the collector current flowing through the element is relatively small, while the IGBT operation is performed when the collector current flowing through the element is increased to some extent. That is, a semiconductor device that performs a MOSFET operation or an IGBT operation according to the amount of collector current flowing through the element can be realized.
Japanese Patent Application No. 2005-305335

しかしながら、第1及び第2の従来例に係る半導体装置として挙げたIGBTでは、以下に示す問題がある。   However, the IGBT cited as the semiconductor device according to the first and second conventional examples has the following problems.

前述したように、IGBTでは伝導度変調が起きるため、IGBT動作時(すなわち、高電圧時)には、導通損失の低減を図ることができるので、IGBTのチップサイズと同等のチップサイズを有するMOSFETと比較して、消費電力を小さくすることができる。また、低電圧時には、MOSFET動作が可能なIGBTも提案されている。   As described above, since conductivity modulation occurs in the IGBT, the conduction loss can be reduced during the IGBT operation (that is, at the time of high voltage), so that the MOSFET has a chip size equivalent to the chip size of the IGBT. Compared with the power consumption can be reduced. Further, an IGBT capable of operating as a MOSFET at a low voltage has been proposed.

しかしながら、IGBTでは、少数キャリアを利用するので、導通状態から遮断状態に切り替わるターンオフ時に、リサーフ領域に残留している少数キャリアの引き抜きに時間を要する。そのため、IGBTのスイッチング速度はMOSFETのスイッチング速度よりも遅くなり、IGBTでは、スイッチング損失が大きく、スイッチング特性が悪化するという問題がある。   However, since the IGBT uses minority carriers, it takes time to pull out the minority carriers remaining in the RESURF region at the turn-off time when the conductive state is switched to the cut-off state. Therefore, the switching speed of the IGBT is slower than the switching speed of the MOSFET, and the IGBT has a problem that the switching loss is large and the switching characteristics are deteriorated.

この問題に対応すべく、スイッチング特性を改善する方法として、例えば、ライフタイム・キリング技術が適用されるが、コストの増大及び特性の劣化等の犠牲を伴うので、最良の解決手段とは言えない。   In order to cope with this problem, for example, a lifetime killing technique is applied as a method for improving the switching characteristics, but it is not the best solution because it involves a cost increase and deterioration of characteristics. .

前記に鑑み、本発明は、IGBTにおいて、ターンオフ時に、リサーフ領域に残留している少数キャリアを効率良く引き抜くことにより、スイッチング損失の低減を図ることを第1の目的とし、MOSFET動作が可能なIGBTにおいて、MOSFET動作時の導通損失の低減を図ることを第2の目的とする。   In view of the above, the first object of the present invention is to reduce the switching loss by efficiently extracting minority carriers remaining in the RESURF region at the turn-off time in the IGBT. Therefore, a second object is to reduce conduction loss during MOSFET operation.

前記第1の目的を達成するために、本発明の第1の半導体装置は、第1導電型の半導体基板の表面に形成された第2導電型のリサーフ領域と、半導体基板の表面に、リサーフ領域と隣接するように形成された第1導電型のベース領域と、ベース領域内に形成された第2導電型のエミッタ領域と、ベース領域上に、エミッタ領域からリサーフ領域まで延設するように形成された第1ゲート絶縁膜と、第1ゲート絶縁膜上に形成された第1ゲート電極と、リサーフ領域内に、ベース領域と離隔するように形成された第1導電型のコレクタ領域と、半導体基板上に形成され、コレクタ領域と電気的に接続するコレクタ電極と、リサーフ領域内の表層部にコレクタ領域と離隔するように形成され、且つベース領域と電気的に接続する第1導電型の頂上半導体層と、リサーフ領域上に、コレクタ領域から頂上半導体層上まで延設するように形成された第2ゲート絶縁膜と、第2ゲート絶縁膜上に形成された第2ゲート電極と、半導体基板上に形成され、ベース領域、エミッタ領域、及び第2ゲート電極と電気的に接続するエミッタ電極とを備えていることを特徴とする。   In order to achieve the first object, a first semiconductor device according to the present invention includes a second conductivity type resurf region formed on a surface of a first conductivity type semiconductor substrate, and a RESURF on the surface of the semiconductor substrate. A first conductivity type base region formed adjacent to the region, a second conductivity type emitter region formed in the base region, and extending from the emitter region to the RESURF region on the base region A first gate insulating film formed; a first gate electrode formed on the first gate insulating film; a collector region of a first conductivity type formed in the RESURF region so as to be separated from the base region; A collector electrode formed on the semiconductor substrate and electrically connected to the collector region; a first conductive type electrically connected to the base region and formed on the surface layer portion in the RESURF region so as to be separated from the collector region; the top A conductor layer; a second gate insulating film formed on the RESURF region so as to extend from the collector region to the top semiconductor layer; a second gate electrode formed on the second gate insulating film; and a semiconductor substrate And a base region, an emitter region, and an emitter electrode electrically connected to the second gate electrode.

本発明の第1の半導体装置によると、IGBTにおいて、IGBT動作におけるターンオフ時に、リサーフ領域内の表層部に形成された頂上半導体層から、リサーフ領域内に残留している少数キャリアを引き抜くことができるだけでなく、加えて、コレクタ領域の一部を利用して形成された第1導電型チャネルを有するMOSFETを通して、コレクタ領域からも少数キャリアを引き抜くことができる。そのため、フォールタイム(tf)の短縮化を図ることができるため、スイッチング損失の低減を図ることができるので、スイッチング特性の向上を図ることができる。   According to the first semiconductor device of the present invention, in the IGBT, minority carriers remaining in the resurf region can be extracted from the top semiconductor layer formed in the surface layer portion in the resurf region at the time of turn-off in the IGBT operation. In addition, minority carriers can also be extracted from the collector region through the MOSFET having the first conductivity type channel formed by utilizing a part of the collector region. Therefore, the fall time (tf) can be shortened, and the switching loss can be reduced, so that the switching characteristics can be improved.

また、本発明の第1の半導体装置において、リサーフ領域内に頂上半導体層と接するように形成され、且つベース領域と電気的に接続する第1導電型の埋め込み半導体層を更に備えていることが好ましい。   The first semiconductor device of the present invention may further include a buried semiconductor layer of a first conductivity type formed in the RESURF region so as to be in contact with the top semiconductor layer and electrically connected to the base region. preferable.

このようにすると、リサーフ領域内に埋め込み半導体層が更に形成されているので、IGBT動作におけるターンオフ時に、頂上半導体層に加えて埋め込み半導体層からも、リサーフ領域内に残留している少数キャリアを効率良く引き抜くことができる。加えて、前述したように、コレクタ領域の一部を利用して形成された第1導電型チャネルを有するMOSFETを通して、コレクタ領域からも少数キャリアを引き抜くことができる。   In this case, since the buried semiconductor layer is further formed in the RESURF region, minority carriers remaining in the RESURF region are efficiently removed from the buried semiconductor layer in addition to the top semiconductor layer at the turn-off in the IGBT operation. Can be pulled out well. In addition, as described above, minority carriers can also be extracted from the collector region through the MOSFET having the first conductivity type channel formed using a part of the collector region.

更には、このようにすると、リサーフ領域内に、頂上半導体層の形成位置よりも深い位置に埋め込み半導体層が形成されている。そのため、逆バイアス時に、リサーフ領域内に空乏層が拡がり易くなるため、高耐圧を維持しながら、リサーフ領域に含まれる不純物濃度の高濃度化を図ることができるので、リサーフ領域内での正孔のライフタイムの短縮化を図ることができる。   Further, in this way, the embedded semiconductor layer is formed in the RESURF region at a position deeper than the formation position of the top semiconductor layer. Therefore, a depletion layer easily spreads in the RESURF region during reverse bias, so that the impurity concentration contained in the RESURF region can be increased while maintaining a high breakdown voltage. It is possible to shorten the lifetime.

このように、ベース領域と電気的に接続し且つ頂上半導体層と接するように形成された埋め込み半導体層を、リサーフ領域内に更に備えることによって、フォールタイム(tf)の短縮化をより一層図ることができるため、スイッチング損失の低減をより一層図ることができるので、スイッチング特性の向上をより一層図ることができる。   As described above, the embedded semiconductor layer formed so as to be electrically connected to the base region and in contact with the top semiconductor layer is further provided in the RESURF region, thereby further reducing the fall time (tf). Therefore, the switching loss can be further reduced, so that the switching characteristics can be further improved.

前記第1及び第2の目的を達成するために、本発明の第2の半導体装置は、第1導電型の半導体基板の表面に形成された第2導電型のリサーフ領域と、半導体基板の表面に、リサーフ領域と隣接するように形成された第1導電型のベース領域と、ベース領域内に形成された第2導電型のエミッタ領域と、ベース領域上に、エミッタ領域からリサーフ領域まで延設するように形成された第1ゲート絶縁膜と、第1ゲート絶縁膜上に形成された第1ゲート電極と、リサーフ領域内に、ベース領域と離隔するように形成された第1導電型のコレクタ領域と、リサーフ領域内に、ベース領域と離隔するように形成された第2導電型のドレイン領域と、半導体基板上に形成され、コレクタ領域及びドレイン領域と電気的に接続するコレクタ/ドレイン電極と、リサーフ領域内の表層部にコレクタ領域と離隔するように形成され、且つベース領域と電気的に接続する第1導電型の頂上半導体層と、リサーフ領域上に、コレクタ領域から頂上半導体層上まで延設するように形成された第2ゲート絶縁膜と、第2ゲート絶縁膜上に形成された第2ゲート電極と、半導体基板上に形成され、ベース領域、エミッタ領域、及び第2ゲート電極と電気的に接続するエミッタ/ソース電極とを備えていることを特徴とする。   In order to achieve the first and second objects, a second semiconductor device of the present invention includes a second conductivity type resurf region formed on a surface of a first conductivity type semiconductor substrate, and a surface of the semiconductor substrate. A first conductivity type base region formed adjacent to the RESURF region, a second conductivity type emitter region formed in the base region, and extending from the emitter region to the RESURF region on the base region A first gate insulating film formed in such a manner; a first gate electrode formed on the first gate insulating film; and a collector of a first conductivity type formed in the RESURF region so as to be separated from the base region. A drain region of a second conductivity type formed in the RESURF region so as to be separated from the base region, and a collector / drain electrode formed on the semiconductor substrate and electrically connected to the collector region and the drain region A top conductive semiconductor layer of a first conductivity type formed on the surface layer portion in the RESURF region so as to be separated from the collector region and electrically connected to the base region; on the RESURF region, on the top semiconductor layer from the collector region; A second gate insulating film formed to extend to the second gate electrode, a second gate electrode formed on the second gate insulating film, a base region, an emitter region, and a second gate electrode formed on the semiconductor substrate And an emitter / source electrode electrically connected to each other.

本発明の第2の半導体装置によると、MOSFET動作が可能なIGBTにおいても、
前述の本発明の第1の半導体装置と同様に、コレクタ領域の一部を利用して形成された第1導電型チャネルを有するMOSFETを通して、コレクタ領域からも少数キャリアを引き抜くことができる。そのため、フォールタイム(tf)の短縮化を図ることができるため、スイッチング損失の低減を図ることができるので、スイッチング特性の向上を図ることができる。
According to the second semiconductor device of the present invention, even in an IGBT capable of MOSFET operation,
Similar to the first semiconductor device of the present invention described above, minority carriers can also be extracted from the collector region through the MOSFET having the first conductivity type channel formed using a part of the collector region. Therefore, the fall time (tf) can be shortened, and the switching loss can be reduced, so that the switching characteristics can be improved.

更には、本発明の第2の半導体装置によると、MOSFET動作が可能なIGBTにおいて、リサーフ領域内に頂上半導体層が形成されているので、逆バイアス時に、リサーフ領域内に空乏層が拡がり易くなる。そのため、高耐圧を維持しながら、リサーフ領域に含まれる不純物濃度の高濃度化を図ることができるので、MOSFET動作時の導通抵抗を低くすることができる。このため、MOSFET動作の際に、導通損失の低減を図ることができるので、MOSFET動作時に流れるコレクタ(ドレイン)電流量の増大を図ることができる。   Furthermore, according to the second semiconductor device of the present invention, since the top semiconductor layer is formed in the resurf region in the IGBT capable of operating as a MOSFET, the depletion layer easily expands in the resurf region at the time of reverse bias. . As a result, the impurity concentration contained in the RESURF region can be increased while maintaining a high breakdown voltage, so that the conduction resistance during MOSFET operation can be lowered. For this reason, since the conduction loss can be reduced during MOSFET operation, the amount of collector (drain) current that flows during MOSFET operation can be increased.

また、本発明の第2の半導体装置によると、MOSFET動作が可能なIGBTにおいて、コレクタ領域の一部を利用して形成された第1導電型チャネルを有するMOSFETを通して、MOSFET動作の際に、電子電流と正孔電流との双方が流れるので、電流能力を増大させることができる。このため、MOSFET動作時に流れるコレクタ(ドレイン)電流量の増大をより一層図ることができる。   Further, according to the second semiconductor device of the present invention, in the IGBT capable of operating the MOSFET, the electron is operated during the MOSFET operation through the MOSFET having the first conductivity type channel formed using a part of the collector region. Since both current and hole current flow, the current capability can be increased. For this reason, it is possible to further increase the amount of collector (drain) current that flows during MOSFET operation.

また、本発明の第2の半導体装置において、コレクタ領域からエミッタ領域へ向かう方向に対して垂直な方向に、コレクタ領域とドレイン領域とが交互に配列するように、複数のコレクタ領域及び複数のドレイン領域が形成されていることが好ましい。   In the second semiconductor device of the present invention, the plurality of collector regions and the plurality of drain regions are arranged so that the collector regions and the drain regions are alternately arranged in a direction perpendicular to the direction from the collector region to the emitter region. It is preferable that a region is formed.

このようにすると、コレクタ領域とドレイン領域とが、コレクタ領域からエミッタ領域に向かう方向に対して垂直な方向に交互に配列するように、リサーフ領域内に形成されているので、コレクタ領域における垂直な方向(すなわち、コレクタ領域とドレイン領域とが配列する方向)の長さを短くすることができる。そのため、MOSFET動作からIGBT動作へ切り替わるときのコレクタ電圧(すなわち、電圧降下により、コレクタ領域の電位とリサーフ領域におけるコレクタ領域を囲う部分の電位との間にある電位差が約0.6Vに達するときのコレクタ電圧(例えば約1V))を容易に大きくすることができる。このため、高速スイッチング性能を持つMOSFET動作が可能であるコレクタ電圧の範囲を拡げる(すなわち、例えば約1Vよりも大きなコレクタ電圧に達するまで、高速スイッチング性能を持つMOSFET動作を行うように設計する)等、MOSFET動作からIGBT動作へ切り替わる電圧周辺において、より実用的な設計が可能となるので、例えば、優れたスイッチング特性を有するMOSFET動作と、低い導通抵抗を有するIGBT動作とのバランスを自由に設計することが可能である。   In this case, the collector region and the drain region are formed in the RESURF region so as to be alternately arranged in a direction perpendicular to the direction from the collector region to the emitter region. The length in the direction (that is, the direction in which the collector region and the drain region are arranged) can be shortened. Therefore, the collector voltage when switching from the MOSFET operation to the IGBT operation (that is, when the potential difference between the potential of the collector region and the potential of the portion surrounding the collector region in the RESURF region reaches about 0.6 V due to the voltage drop) The collector voltage (for example, about 1 V) can be easily increased. For this reason, the range of the collector voltage in which MOSFET operation with high-speed switching performance is possible is expanded (that is, the MOSFET operation with high-speed switching performance is designed to reach a collector voltage larger than about 1 V, for example), etc. Since a more practical design is possible around the voltage at which the MOSFET operation is switched to the IGBT operation, for example, the balance between the MOSFET operation having excellent switching characteristics and the IGBT operation having a low conduction resistance can be freely designed. It is possible.

また、本発明の第2の半導体装置において、リサーフ領域内に、頂上半導体層と接するように形成され、且つベース領域と電気的に接続する第1導電型の埋め込み半導体層を更に備えていることが好ましい。   In the second semiconductor device of the present invention, the RESURF region further includes a first conductivity type embedded semiconductor layer formed in contact with the top semiconductor layer and electrically connected to the base region. Is preferred.

このようにすると、MOSFET動作が可能なIGBTにおいても、前述の本発明の第1の半導体装置と同様に、ベース領域と電気的に接続し且つ頂上半導体層と接するように形成された埋め込み半導体層を、リサーフ領域内に更に備えることによって、フォールタイム(tf)の短縮化をより一層図ることができるため、スイッチング損失の低減をより一層図ることができるので、スイッチング特性の向上をより一層図ることができる。   In this manner, the buried semiconductor layer formed so as to be electrically connected to the base region and to be in contact with the top semiconductor layer also in the IGBT capable of operating as a MOSFET, as in the first semiconductor device of the present invention described above. Is further provided in the RESURF region, so that the fall time (tf) can be further shortened, so that the switching loss can be further reduced, and the switching characteristics can be further improved. Can do.

更には、このようにすると、MOSFET動作が可能なIGBTにおいて、リサーフ領域内に、頂上半導体層の形成位置よりも深い位置に埋め込み半導体層が形成されている。そのため、逆バイアス時に、リサーフ領域内に空乏層がより一層拡がり易くなるため、高耐圧を維持しながら、リサーフ領域に含まれる不純物濃度の高濃度化をより一層図ることができるので、MOSFET動作時の導通抵抗をより一層低くすることができる。このため、MOSFET動作の際に、導通損失の低減をより一層図ることができるので、MOSFET動作時に流れるコレクタ(ドレイン)電流量の増大をより一層図ることができる。   Further, in this way, in the IGBT capable of operating as a MOSFET, the buried semiconductor layer is formed in the RESURF region at a position deeper than the formation position of the top semiconductor layer. Therefore, the depletion layer is more easily spread in the resurf region at the time of reverse bias, so that the impurity concentration contained in the resurf region can be further increased while maintaining a high breakdown voltage. The conduction resistance can be further reduced. For this reason, since the conduction loss can be further reduced during the MOSFET operation, the amount of collector (drain) current flowing during the MOSFET operation can be further increased.

また、本発明の第2の半導体装置において、各々が、コレクタ領域からエミッタ領域へ向かう方向に対して垂直な方向に配列するように、複数の埋め込み半導体層が形成されていることが好ましい。   In the second semiconductor device of the present invention, it is preferable that a plurality of embedded semiconductor layers are formed so that each is arranged in a direction perpendicular to the direction from the collector region to the emitter region.

また、本発明の第2の半導体装置において、各々が、コレクタ領域からエミッタ領域へ向かう方向に対して垂直な方向に、コレクタ領域と隣り合うように、複数の頂上半導体層が形成されていることが好ましい。   In the second semiconductor device of the present invention, a plurality of top semiconductor layers are formed so that each is adjacent to the collector region in a direction perpendicular to the direction from the collector region to the emitter region. Is preferred.

このようにすると、複数の頂上半導体層の各々が、複数のコレクタ領域の各々と対応するように、リサーフ領域内に形成されているため、コレクタ領域の一部を利用して形成された第1導電型チャネルを有するMOSFETの電流能力を低下させることなく、リサーフ領域内の表層部にドレイン−ソース間電流の経路が確保されるので、MOSFET動作時の導通抵抗をより一層低くすることができる。   In this case, since each of the plurality of top semiconductor layers is formed in the RESURF region so as to correspond to each of the plurality of collector regions, the first semiconductor layer formed using a part of the collector region is formed. Since the path of the drain-source current is secured in the surface layer portion in the RESURF region without reducing the current capability of the MOSFET having the conductivity type channel, the conduction resistance during the MOSFET operation can be further reduced.

また、本発明の第1又は第2の半導体装置において、コレクタ領域の周縁部には、コレクタ領域と接するように第2コレクタ領域が更に形成されており、第2コレクタ領域に含まれる第1導電型不純物の濃度は、コレクタ領域に含まれる第1導電型不純物の濃度よりも低い濃度を有しており、第2ゲート絶縁膜は、第2コレクタ領域から頂上半導体層上まで形成されていることが好ましい。   In the first or second semiconductor device of the present invention, a second collector region is further formed at the peripheral portion of the collector region so as to be in contact with the collector region, and the first conductivity included in the second collector region. The type impurity concentration is lower than the concentration of the first conductivity type impurity contained in the collector region, and the second gate insulating film is formed from the second collector region to the top semiconductor layer. Is preferred.

このようにすると、第2ゲート電極に印加される電界を緩和することができるので、第2ゲート絶縁膜の薄膜化を図ることができる。そのため、コレクタ領域の一部を利用して形成された第1導電型チャネルを有するMOSFETの閾値電圧を下げることができるので、より小さいコレクタ電圧で、第1導電型チャネルを有するMOSFETを導通させることができる。   In this way, the electric field applied to the second gate electrode can be relaxed, so that the second gate insulating film can be thinned. Therefore, the threshold voltage of the MOSFET having the first conductivity type channel formed using a part of the collector region can be lowered, so that the MOSFET having the first conductivity type channel can be conducted with a smaller collector voltage. Can do.

また、本発明の第1又は第2の半導体装置において、第2ゲート電極は、P型半導体の多結晶体よりなることが好ましい。   In the first or second semiconductor device of the present invention, the second gate electrode is preferably made of a polycrystalline P-type semiconductor.

このようにすると、第2ゲート電極の仕事関数とリサーフ領域の仕事関数との仕事関数差を小さくすることができるため、コレクタ領域の一部を利用して形成された第1導電型チャネルを有するMOSFETの閾値電圧を下げることができるので、第2ゲート電極を構成する材料としてN型半導体の多結晶体を用いた場合と比較して、より小さいコレクタ電圧で、第1導電型チャネルを有するMOSFETを導通させることができる。   In this case, since the work function difference between the work function of the second gate electrode and the work function of the RESURF region can be reduced, the first conductivity type channel formed using a part of the collector region is provided. Since the threshold voltage of the MOSFET can be lowered, the MOSFET having the first conductivity type channel with a smaller collector voltage compared to the case where an N-type semiconductor polycrystal is used as the material constituting the second gate electrode. Can be conducted.

本発明に係る半導体装置によると、ターンオフ時に、リサーフ領域内に残留している少数キャリアを効率良く引き抜くことができるので、スイッチング特性の改善を図ることができる。   According to the semiconductor device of the present invention, since the minority carriers remaining in the RESURF region can be efficiently extracted at the time of turn-off, the switching characteristics can be improved.

以下に、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
以下に、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置について、図1〜図3を参照しながら説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構造について示す平面図である。図2は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構造について示す断面図であり、具体的には、図1に示すII−II線における断面図である。一方、図3は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構造について示す断面図であり、具体的には、図2に示すIII−III線における断面図である。尚、図1において、一部の構成要素の図示を省略している。
(First embodiment)
The semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, specifically, a cross-sectional view taken along the line II-II shown in FIG. On the other hand, FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III shown in FIG. In FIG. 1, illustration of some components is omitted.

図2及び図3に示すように、例えば濃度が1×1014/cm3 のP- 型半導体基板100の表面には、例えば濃度が1×1016/cm3 であって深さが7μmのN型リサーフ領域101が形成されている。また、半導体基板100の表面には、例えば濃度が1×1017/cm3 のP型ベース領域102が、リサーフ領域101と隣接するように形成されている。 As shown in FIGS. 2 and 3, for example, on the surface of the P type semiconductor substrate 100 having a concentration of 1 × 10 14 / cm 3 , for example, the concentration is 1 × 10 16 / cm 3 and the depth is 7 μm. An N-type RESURF region 101 is formed. Further, on the surface of the semiconductor substrate 100, for example, a P-type base region 102 having a concentration of 1 × 10 17 / cm 3 is formed adjacent to the RESURF region 101.

ベース領域102内には、例えば濃度が1×1019/cm3 のP+ 型コンタクト領域103と、例えば濃度が1×1020/cm3 のN+ 型エミッタ領域104とが形成されている。エミッタ領域104上には、ベース領域102をまたがってリサーフ領域101まで延設するように、ゲート絶縁膜105が形成されており、ゲート絶縁膜105上にはゲート電極106が形成されている。 The base region 102, for example, concentration and P + -type contact region 103 of 1 × 10 19 / cm 3, for example, concentration and the N + -type emitter region 104 of 1 × 10 20 / cm 3 is formed. A gate insulating film 105 is formed on the emitter region 104 so as to extend over the base region 102 to the RESURF region 101, and a gate electrode 106 is formed on the gate insulating film 105.

一方、リサーフ領域101内には、例えば濃度が1×1019/cm3 のP+ 型コレクタ領域107(特に、図2参照)が、ベース領域102と離隔するように形成される一方、リサーフ領域101内には、コレクタ領域107と電気的に接続し、例えば濃度が1×1020/cm3 のN+ 型ドレイン領域108(特に、図3参照)が、ベース領域102と離隔するように形成されている。ここで、コレクタ領域107とドレイン領域108とは、図1に示すように、コレクタ領域107からエミッタ領域104へ向かう方向に対して垂直な方向に、交互に配列するように形成されている。 On the other hand, in the RESURF region 101, for example, a P + -type collector region 107 (see FIG. 2 in particular) having a concentration of 1 × 10 19 / cm 3 is formed so as to be separated from the base region 102, while the RESURF region An N + -type drain region 108 (see FIG. 3 in particular) having a concentration of 1 × 10 20 / cm 3 , for example, is formed so as to be separated from the base region 102. Has been. Here, as shown in FIG. 1, the collector region 107 and the drain region 108 are formed so as to be alternately arranged in a direction perpendicular to the direction from the collector region 107 to the emitter region 104.

図2及び図3に示すように、リサーフ領域101内の表層部には、ベース領域102と電気的に接続し、例えば濃度が1×1016/cm3 のP型頂上半導体層110が、コレクタ領域107と離隔するように形成されている。また、リサーフ領域101上には、コレクタ領域107から頂上半導体層110まで延設するようにフィールド絶縁膜(第2ゲート絶縁膜)112が形成されており、フィールド絶縁膜112上には、P+ 型半導体の多結晶体よりなる第2ゲート電極113が形成されている。また、半導体基板100上には、リサーフ領域101の表面に形成されたフィールド絶縁膜112を介して、層間膜114が形成されている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the surface layer portion in the RESURF region 101 is electrically connected to the base region 102. For example, a P-type top semiconductor layer 110 having a concentration of 1 × 10 16 / cm 3 is connected to the collector. It is formed so as to be separated from the region 107. A field insulating film (second gate insulating film) 112 is formed on the RESURF region 101 so as to extend from the collector region 107 to the top semiconductor layer 110. On the field insulating film 112, P + A second gate electrode 113 made of a polycrystal of a type semiconductor is formed. An interlayer film 114 is formed on the semiconductor substrate 100 via a field insulating film 112 formed on the surface of the RESURF region 101.

半導体基板100上には、層間膜114を介して、コレクタ領域107とドレイン領域108との双方と電気的に接続するコレクタ/ドレイン電極109が形成される一方、半導体基板100上には、層間膜114を介して、コンタクト領域103、エミッタ領域104、及び第2ゲート電極113の全てと電気的に接続するエミッタ/ソース電極115が形成されている。   A collector / drain electrode 109 electrically connected to both the collector region 107 and the drain region 108 is formed on the semiconductor substrate 100 via the interlayer film 114, while the interlayer film is formed on the semiconductor substrate 100. An emitter / source electrode 115 that is electrically connected to all of the contact region 103, the emitter region 104, and the second gate electrode 113 is formed via 114.

このように、本実施形態に係る半導体装置では、フィールド絶縁膜112が、コレクタ領域107から頂上半導体層110まで延設するように形成されており、更には、フィールド絶縁膜112上には、第2ゲート電極113が形成されている。これに対し、第1及び第2の従来例に係る半導体装置では、前述した図8及び図10に示すように、フィールド絶縁膜412,512上に形成された第2ゲート電極を備えていない。   Thus, in the semiconductor device according to the present embodiment, the field insulating film 112 is formed so as to extend from the collector region 107 to the top semiconductor layer 110, and further, on the field insulating film 112, A two-gate electrode 113 is formed. On the other hand, the semiconductor device according to the first and second conventional examples does not include the second gate electrode formed on the field insulating films 412 and 512 as shown in FIGS.

本発明の半導体装置では、コレクタ/ドレイン電極109とエミッタ/ソース電極115との間を正バイアスし、ゲート電極106に正の電圧を印加すると、ドレイン領域108からエミッタ/ソース電極115に電子電流が流れ、MOSFET動作を行う。   In the semiconductor device of the present invention, when a positive bias is applied between the collector / drain electrode 109 and the emitter / source electrode 115 and a positive voltage is applied to the gate electrode 106, an electron current is generated from the drain region 108 to the emitter / source electrode 115. Flow, perform MOSFET operation.

一方、エミッタ/ソース電極115に流れる電流がある程度大きくなり、コレクタ領域107の電位と、リサーフ領域101におけるコレクタ領域107を囲う部分の電位との電位差が約0.6Vに達すると、コレクタ領域107からリサーフ領域101に正孔が注入され、MOSFET動作からIGBT動作へ移行する。   On the other hand, when the current flowing through the emitter / source electrode 115 increases to some extent and the potential difference between the potential of the collector region 107 and the potential of the portion surrounding the collector region 107 in the RESURF region 101 reaches about 0.6 V, Holes are injected into the RESURF region 101, and the MOSFET operation is shifted to the IGBT operation.

本実施形態に係る半導体装置によると、半導体装置の動作時に、コレクタ領域107の一部を利用して形成されたPチャンネルMOSFETが導通する。これにより、コレクタ/ドレイン電極109から、コレクタ領域107、Pチャンネル、頂上半導体層110、ベース領域102、及びコンタクト領域103を通る経路を用いて、IGBT動作におけるターンオフ時に、コレクタ領域107からリサーフ領域101に残留している正孔を引き抜くことができる。加えて、頂上半導体層110からもリサーフ領域101に残留している正孔を引き抜くことができる。このため、フォールタイム(tf)の短縮化を図ることができるため、スイッチング損失の低減を図ることができるので、スイッチング特性の向上を図ることができる。   According to the semiconductor device according to the present embodiment, the P-channel MOSFET formed using a part of the collector region 107 becomes conductive during the operation of the semiconductor device. As a result, using the path from the collector / drain electrode 109 to the collector region 107, the P channel, the top semiconductor layer 110, the base region 102, and the contact region 103, at the turn-off in the IGBT operation, the collector region 107 to the RESURF region 101. The holes remaining in can be extracted. In addition, holes remaining in the RESURF region 101 can also be extracted from the top semiconductor layer 110. For this reason, since the fall time (tf) can be shortened and the switching loss can be reduced, the switching characteristics can be improved.

また、本実施形態に係る半導体装置によると、ターンオフ時にコレクタ電位を上昇させることで、リサーフ領域101に残留している正孔を引き抜いた後、頂上半導体層110内に空乏層が拡がることにより、コレクタ/ドレイン電極109からPチャンネルMOSFETを通って上記経路に流れる正孔電流をせき止めることができるので、スイッチング特性の向上をより一層図ることができる。   Further, according to the semiconductor device according to the present embodiment, the depletion layer expands in the top semiconductor layer 110 after extracting the holes remaining in the RESURF region 101 by increasing the collector potential at the turn-off time, Since the hole current flowing from the collector / drain electrode 109 through the P-channel MOSFET to the path can be blocked, the switching characteristics can be further improved.

更には、本実施形態に係る半導体装置によると、リサーフ領域101内に、ベース領域102と電気的に接続する頂上半導体層110が形成されているので、逆バイアス時に、リサーフ領域101内に空乏層が拡がり易くなる。そのため、高耐圧を維持しながら、リサーフ領域101に含まれる不純物濃度の高濃度化を図ることができるので、MOSFET動作時の導通抵抗を低くすることができる。このため、MOSFET動作の際に、導通損失の低減を図ることができるので、MOSFET動作時に流れるコレクタ(ドレイン)電流量の増大を図ることができる。   Furthermore, according to the semiconductor device according to the present embodiment, the top semiconductor layer 110 that is electrically connected to the base region 102 is formed in the resurf region 101, so that a depletion layer is formed in the resurf region 101 during reverse bias. Becomes easier to spread. Therefore, the impurity concentration contained in the RESURF region 101 can be increased while maintaining a high withstand voltage, so that the conduction resistance during the MOSFET operation can be lowered. For this reason, since the conduction loss can be reduced during MOSFET operation, the amount of collector (drain) current that flows during MOSFET operation can be increased.

また、本実施形態に係る半導体装置によると、半導体装置の動作時に、コレクタ領域107の一部を利用して形成されたPチャンネルMOSFETが導通することにより、上記経路を用いて、MOSFET動作の際に、電子電流と正孔電流との双方が流れるので、電流能力を増大させることができる。このため、MOSFET動作時に流れるコレクタ(ドレイン)電流量の増大をより一層図ることができる。   Further, according to the semiconductor device according to the present embodiment, when the semiconductor device operates, the P-channel MOSFET formed by using a part of the collector region 107 becomes conductive, so that the MOSFET is operated using the above path. In addition, since both the electron current and the hole current flow, the current capability can be increased. For this reason, it is possible to further increase the amount of collector (drain) current that flows during MOSFET operation.

また、本実施形態の半導体装置によると、図1に示すように、コレクタ領域107とドレイン領域108とが、コレクタ領域107からエミッタ領域104へ向かう方向に対して垂直な方向に交互に配列するように、リサーフ領域101内に形成されているので、コレクタ領域107における垂直な方向(すなわち、コレクタ領域107とドレイン領域108とが配列する方向)の長さを短くすることができる。そのため、MOSFET動作からIGBT動作へ切り替わるときのコレクタ電圧(すなわち、電圧降下により、コレクタ領域の電位とリサーフ領域におけるコレクタ領域を囲う部分の電位との間にある電位差が約0.6Vに達するときのコレクタ電圧(例えば約1V))を容易に大きくすることができる。このため、高速スイッチング性能を持つMOSFET動作が可能であるコレクタ電圧の範囲を拡げる(すなわち、例えば約1Vよりも大きなコレクタ電圧に達するまで、高速スイッチング性能を持つMOSFET動作を行うように設計する)等、MOSFET動作からIGBT動作へ切り替わる電圧周辺において、より実用的な設計が可能となるので、例えば、優れたスイッチング特性を有するMOSFET動作と、低い導通抵抗を有するIGBT動作とのバランスを自由に設計することが可能である。   Further, according to the semiconductor device of this embodiment, as shown in FIG. 1, the collector regions 107 and the drain regions 108 are alternately arranged in a direction perpendicular to the direction from the collector region 107 to the emitter region 104. In addition, since it is formed in the RESURF region 101, the length of the collector region 107 in the vertical direction (that is, the direction in which the collector region 107 and the drain region 108 are arranged) can be shortened. Therefore, the collector voltage when switching from the MOSFET operation to the IGBT operation (that is, when the potential difference between the potential of the collector region and the potential of the portion surrounding the collector region in the RESURF region reaches about 0.6 V due to the voltage drop) The collector voltage (for example, about 1 V) can be easily increased. For this reason, the range of the collector voltage in which MOSFET operation with high-speed switching performance is possible is expanded (that is, the MOSFET operation with high-speed switching performance is designed to reach a collector voltage larger than about 1 V, for example), etc. Since a more practical design is possible around the voltage at which the MOSFET operation is switched to the IGBT operation, for example, the balance between the MOSFET operation having excellent switching characteristics and the IGBT operation having a low conduction resistance can be freely designed. It is possible.

また、本実施形態に係る半導体装置によると、第2ゲート電極113を構成する材料としてP+ 型半導体の多結晶体を用いる。このようにすると、第2ゲート電極113の仕事関数とリサーフ領域101の仕事関数との仕事関数差を小さくすることができるため、コレクタ領域107の一部を利用して形成されたPチャンネルMOSFETの閾値電圧を下げることができるので、第2ゲート電極113を構成する材料としてN+ 型半導体の多結晶体を用いた場合と比較して、より小さいコレクタ電圧で、PチャンネルMOSFETを導通させることができる。 Further, according to the semiconductor device of the present embodiment, a P + -type semiconductor polycrystal is used as the material constituting the second gate electrode 113. In this way, since the work function difference between the work function of the second gate electrode 113 and the work function of the RESURF region 101 can be reduced, the P-channel MOSFET formed using a part of the collector region 107 can be reduced. Since the threshold voltage can be lowered, the P-channel MOSFET can be made to conduct with a smaller collector voltage than in the case where an N + type semiconductor polycrystal is used as the material constituting the second gate electrode 113. it can.

尚、第1の実施形態では、リサーフ領域101内に頂上半導体層110が一層形成されている場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、頂上半導体層110に加えて、リサーフ領域101内における頂上半導体層110の形成位置よりも深い位置に、複数の半導体層が形成されている場合においても、本発明と同様の効果を得ることができる。また例えば、複数の頂上半導体層の各々が、コレクタ領域107からエミッタ領域104へ向かう方向に対して垂直な方向に交互に配列するように、リサーフ領域101内に形成されている場合においても、本発明と同様の効果を得ることができる。   In the first embodiment, the case where the top semiconductor layer 110 is formed in the RESURF region 101 has been described as a specific example, but the present invention is not limited to this. For example, in the case where a plurality of semiconductor layers are formed at a position deeper than the formation position of the top semiconductor layer 110 in the RESURF region 101 in addition to the top semiconductor layer 110, the same effect as the present invention can be obtained. Can do. For example, even when each of the plurality of top semiconductor layers is formed in the RESURF region 101 so as to be alternately arranged in a direction perpendicular to the direction from the collector region 107 to the emitter region 104, The same effect as the invention can be obtained.

また、第1の実施形態では、図1に示すように、コレクタ領域107とドレイン領域108とが、コレクタ領域107からエミッタ領域104へ向かう方向に対して垂直な方向に交互に配列するように、リサーフ領域101内に形成されている場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、リサーフ領域101内に形成されたコレクタ領域(又はドレイン領域)の表面に、複数のドレイン領域(又はコレクタ領域)の各々が、互いに間隔を空けて埋め込むように形成されている場合においても、本発明と同様の効果を得ることができる。   In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the collector region 107 and the drain region 108 are alternately arranged in a direction perpendicular to the direction from the collector region 107 to the emitter region 104. Although the case where it was formed in the RESURF region 101 has been described as a specific example, the present invention is not limited to this. For example, even when each of a plurality of drain regions (or collector regions) is formed on the surface of a collector region (or drain region) formed in the RESURF region 101 so as to be embedded with a space therebetween, The same effect as the present invention can be obtained.

このように、リサーフ領域101内に形成される頂上半導体層110、コレクタ領域107、及びドレイン領域108の形成領域は、半導体装置の動作時に、コレクタ領域107の一部を利用して、PチャンネルMOSFETが導通されるように位置している必要がある。   As described above, the formation region of the top semiconductor layer 110, the collector region 107, and the drain region 108 formed in the RESURF region 101 is a P-channel MOSFET that uses a part of the collector region 107 during operation of the semiconductor device. Must be positioned so that they are conducting.

また、本発明に係る半導体装置の構造は、第1の実施形態に示す図1〜図3に限定されるものではない。以下に、変形例に係る半導体装置の構造について、図4を参照しながら説明する。図4は、変形例に係る半導体装置の構造について示す断面図である。尚、図4において、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付す。   Further, the structure of the semiconductor device according to the present invention is not limited to FIGS. 1 to 3 shown in the first embodiment. The structure of the semiconductor device according to the modification will be described below with reference to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the structure of a semiconductor device according to a modification. In FIG. 4, the same components as those of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals.

<変形例>
以下に、変形例に係る半導体装置において、第1の実施形態に係る半導体装置と異なる点について、具体的に説明する。
<Modification>
In the following, the difference between the semiconductor device according to the modification and the semiconductor device according to the first embodiment will be specifically described.

変形例に係る半導体装置では、図4に示すように、コレクタ領域107に含まれる不純物濃度よりも低い不純物濃度を有するP型第2コレクタ領域207aが、コレクタ領域107の周縁部に接するように形成されている。   In the semiconductor device according to the modification, as shown in FIG. 4, the P-type second collector region 207 a having an impurity concentration lower than the impurity concentration contained in the collector region 107 is formed so as to be in contact with the peripheral portion of the collector region 107. Has been.

このようにすると、第2ゲート電極113に印加される電界を緩和することができるので、フィールド絶縁膜(図1:112参照)の膜厚と比較して、フィールド絶縁膜212の膜厚を薄くすることができる。そのため、コレクタ領域107の一部を利用して形成されたPチャンネルMOSFETの閾値電圧を下げることができるので、より小さいコレクタ電圧で、コレクタ領域107の一部を利用して形成されたPチャンネルMOSFETを導通させることができる。   In this way, the electric field applied to the second gate electrode 113 can be relaxed, so that the field insulating film 212 is made thinner than the field insulating film (see FIG. 1: 112). can do. Therefore, the threshold voltage of the P-channel MOSFET formed using a part of the collector region 107 can be lowered, so that the P-channel MOSFET formed using a part of the collector region 107 with a smaller collector voltage. Can be conducted.

(第2の実施形態)
以下に、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置について、図5〜図7を参照しながら説明する。図5は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の構造について示す平面図である。また、図6は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の構造について示す断面図であって、具体的には、図5に示すVI−VI線における断面図である。一方、図7は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の構造について示す断面図であって、具体的には、図5に示すVII−VII線における断面図である。尚、図5において、一部の構成要素の図示を省略している。尚、図5〜図7において、前述した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付す。したがって、本実施形態では、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置と同様の説明は繰り返し行わない。
(Second Embodiment)
The semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 5 is a plan view showing the structure of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, specifically, a cross-sectional view taken along the line VI-VI shown in FIG. On the other hand, FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, specifically, a cross-sectional view taken along the line VII-VII shown in FIG. In FIG. 5, illustration of some components is omitted. 5 to 7, the same reference numerals are given to the same components as those of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention described above. Therefore, in this embodiment, the same description as the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention is not repeated.

以下に、本実施形態に係る半導体装置において、前述した第1の実施形態に係る半導体装置と異なる点について、具体的に説明する。   Hereinafter, the semiconductor device according to the present embodiment will be specifically described on differences from the semiconductor device according to the first embodiment described above.

前述した第1の実施形態では、内部に、例えば濃度が1×1016/cm3 のP型頂上半導体層110を有するリサーフ領域101(前述した図2及び図3参照)が形成されているのに対し、本実施形態では、図6及び図7に示すように、内部に、例えば濃度が1×1016/cm3 のP型頂上半導体層310と、頂上半導体層310と接するように形成された埋め込み半導体層311とを有するリサーフ領域301を備えている点である。 In the first embodiment described above, the RESURF region 101 (see FIGS. 2 and 3 described above) having the P-type top semiconductor layer 110 having a concentration of, for example, 1 × 10 16 / cm 3 is formed inside. On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIGS. 6 and 7, the P-type top semiconductor layer 310 having a concentration of 1 × 10 16 / cm 3 , for example, and the top semiconductor layer 310 are formed inside. The RESURF region 301 having the embedded semiconductor layer 311 is provided.

ここで、埋め込み半導体層311は、図6に示すように、頂上半導体層310の形成位置よりも深い位置に形成されており、図示していない箇所でベース領域102と電気的に接続している。また、頂上半導体層310は、頂上半導体層310と接するように形成された埋め込み半導体層311を介して、ベース領域102と電気的に接続している。   Here, as shown in FIG. 6, the embedded semiconductor layer 311 is formed at a position deeper than the formation position of the top semiconductor layer 310, and is electrically connected to the base region 102 at a location not shown. . Further, the top semiconductor layer 310 is electrically connected to the base region 102 through a buried semiconductor layer 311 formed so as to be in contact with the top semiconductor layer 310.

また、複数の頂上半導体層310の各々は、図5に示すように、コレクタ領域107からエミッタ領域104へ向かう方向に対して垂直な方向に所望の間隔を空けて配列するように、リサーフ領域301内に形成されており、埋め込み半導体層311は、複数の頂上半導体層310の各々の全てと接するように形成されている。ここで、複数の頂上半導体層310の各々は、複数のコレクタ領域107の各々と対応するように形成されており、更に詳しくは、複数の頂上半導体層310の各々が配列する間隔が、ドレイン領域108の幅Wと同等となるように形成されている。   Further, as shown in FIG. 5, each of the plurality of top semiconductor layers 310 is arranged in the RESURF region 301 so as to be arranged at a desired interval in a direction perpendicular to the direction from the collector region 107 to the emitter region 104. The embedded semiconductor layer 311 is formed in contact with each of the plurality of top semiconductor layers 310. Here, each of the plurality of top semiconductor layers 310 is formed so as to correspond to each of the plurality of collector regions 107, and more specifically, the interval at which each of the plurality of top semiconductor layers 310 is arranged is a drain region. It is formed to be equal to the width W of 108.

本実施形態に係る半導体装置によると、リサーフ領域301内に埋め込み半導体層311が形成されているので、IGBT動作におけるターンオフ時に、頂上半導体層310から、リサーフ領域301内に残留している少数キャリアを効率良く引き抜くことができる。更には、前述した第1の実施形態と同様に、頂上半導体層310から、リサーフ領域301内に残留している少数キャリアを引き抜くことができるだけでなく、加えて、コレクタ領域107の一部を利用して形成されたPチャンネルMOSFETを通して、コレクタ領域107からも少数キャリアを引き抜くことができる。   In the semiconductor device according to the present embodiment, since the embedded semiconductor layer 311 is formed in the resurf region 301, minority carriers remaining in the resurf region 301 are removed from the top semiconductor layer 310 at the time of turn-off in the IGBT operation. It can be pulled out efficiently. Furthermore, as in the first embodiment described above, not only can the minority carriers remaining in the RESURF region 301 be extracted from the top semiconductor layer 310, but in addition, a part of the collector region 107 is used. Minority carriers can also be extracted from the collector region 107 through the P-channel MOSFET formed in this manner.

更には、本実施形態に係る半導体装置によると、リサーフ領域301内に、頂上半導体層310の形成位置よりも深い位置に埋め込み半導体層311が形成されている。そのため、前述した第1の実施形態と比較して、逆バイアス時に、リサーフ領域301内に空乏層がより一層拡がり易くなるため、リサーフ領域(前述した図2及び図3:101参照)に含まれる不純物濃度よりも高い不純物濃度を有するリサーフ領域301を実現することができるので、リサーフ領域301内での正孔のライフタイムの短縮化を図ることができる。   Furthermore, according to the semiconductor device of this embodiment, the buried semiconductor layer 311 is formed in the RESURF region 301 at a position deeper than the formation position of the top semiconductor layer 310. Therefore, compared to the first embodiment described above, a depletion layer is more easily expanded in the resurf region 301 at the time of reverse bias, and therefore included in the resurf region (see FIGS. 2 and 3: 101 described above). Since the RESURF region 301 having an impurity concentration higher than the impurity concentration can be realized, the lifetime of holes in the RESURF region 301 can be shortened.

このように、ベース領域102と電気的に接続し且つ頂上半導体層310と接するように形成された埋め込み半導体層311を、リサーフ領域301内に更に備えることによって、フォールタイム(tf)の短縮化をより一層図ることができるため、スイッチング損失の低減をより一層図ることができるので、スイッチング特性の向上をより一層図ることができる。   As described above, the buried semiconductor layer 311 formed so as to be electrically connected to the base region 102 and to be in contact with the top semiconductor layer 310 is further provided in the RESURF region 301, thereby reducing the fall time (tf). Since the switching loss can be further reduced, the switching loss can be further reduced, so that the switching characteristics can be further improved.

また、本実施形態に係る半導体装置によると、ターンオフ時に、リサーフ領域301内に残留している正孔を引き抜いた後、頂上半導体層310又は埋め込み半導体層311内に空乏層が拡がることにより、コレクタ/ドレイン電極109から、コレクタ領域107、Pチャンネル、頂上半導体層310、埋め込み半導体層311、ベース領域102、及びコンタクト領域103を通る経路に流れる正孔電流をせき止めることができるので、スイッチング特性の向上を図ることができる。更には、正孔電流をせき止める際に、頂上半導体層310のサイズに応じて、正孔電流をせき止めるまでの時間を容易に設定することができる。   In addition, according to the semiconductor device of this embodiment, at the time of turn-off, after the holes remaining in the RESURF region 301 are extracted, the depletion layer expands in the top semiconductor layer 310 or the embedded semiconductor layer 311, thereby collecting the collector The hole current flowing from the / drain electrode 109 to the collector region 107, the P channel, the top semiconductor layer 310, the buried semiconductor layer 311, the base region 102, and the contact region 103 can be blocked, so that the switching characteristics are improved. Can be achieved. Furthermore, when the hole current is blocked, the time until the hole current is blocked can be easily set according to the size of the top semiconductor layer 310.

更には、本実施形態に係る半導体装置によると、リサーフ領域301内に、頂上半導体層310の形成位置よりも深い位置に埋め込み半導体層311が形成されている。そのため、上述したように、逆バイアス時に、リサーフ領域301内に空乏層がより一層拡がり易くなるため、高耐圧を維持しながら、リサーフ領域301に含まれる不純物濃度の高濃度化をより一層図ることができるので、MOSFET動作時の導通抵抗をより一層低くすることができる。このため、MOSFET動作の際に、導通損失の低減をより一層図ることができるので、MOSFET動作時に流れるコレクタ(ドレイン)電流量の増大をより一層図ることができる。   Furthermore, according to the semiconductor device of this embodiment, the buried semiconductor layer 311 is formed in the RESURF region 301 at a position deeper than the formation position of the top semiconductor layer 310. Therefore, as described above, a depletion layer is more likely to expand in the resurf region 301 at the time of reverse bias, so that the concentration of impurities contained in the resurf region 301 can be further increased while maintaining a high breakdown voltage. Therefore, the conduction resistance during MOSFET operation can be further reduced. For this reason, since the conduction loss can be further reduced during the MOSFET operation, the amount of collector (drain) current flowing during the MOSFET operation can be further increased.

また、本実施形態に係る半導体装置によると、図5に示すように、複数の頂上半導体層310の各々は、コレクタ領域107からエミッタ領域104へ向かう方向に対して垂直な方向に、且つ複数のコレクタ領域107の各々と対応するように、所望の間隔(図5:W参照)を空けて配列するように形成されている。そのため、コレクタ領域107の一部を利用して形成されたPチャンネルMOSFETの電流能力を低下させることなく、リサーフ領域301内の表層部にドレイン−ソース間電流の経路が確保されるので、MOSFET動作時の導通抵抗をより一層低くすることができる。   Further, according to the semiconductor device according to the present embodiment, as shown in FIG. 5, each of the plurality of top semiconductor layers 310 is in a direction perpendicular to the direction from the collector region 107 toward the emitter region 104 and a plurality of top semiconductor layers 310. In order to correspond to each of the collector regions 107, it is formed so as to be arranged at a desired interval (see W in FIG. 5). Therefore, the drain-source current path is ensured in the surface layer portion in the resurf region 301 without degrading the current capability of the P-channel MOSFET formed by using a part of the collector region 107, so that the MOSFET operation The conduction resistance at the time can be further reduced.

尚、第2の実施形態では、図6及び図7に示すように、リサーフ領域301内に埋め込み半導体層311が一層形成されている場合を具体例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、リサーフ領域301内に、複数の半導体層が積層されてなる埋め込み半導体層が形成されている場合、又は複数の埋め込み半導体層の各々が、コレクタ領域107からエミッタ領域104へ向かう方向に対して垂直な方向に交互に配列するように、リサーフ領域301内に形成されている場合においても、本発明と同様の効果を得ることができる。   In the second embodiment, as shown in FIGS. 6 and 7, the case where one buried semiconductor layer 311 is formed in the RESURF region 301 has been described as a specific example. However, the present invention is not limited to this. It is not limited. For example, when a buried semiconductor layer in which a plurality of semiconductor layers are stacked is formed in the RESURF region 301, or each of the plurality of buried semiconductor layers is directed toward the emitter region 104 from the collector region 107. Even in the case of being formed in the RESURF region 301 so as to be alternately arranged in the vertical direction, the same effect as the present invention can be obtained.

このように、リサーフ領域301内に形成される頂上半導体層310、埋め込み半導体層311、コレクタ領域107、及びドレイン領域108の形成領域は、半導体装置の動作時に、コレクタ領域107の一部を利用して、PチャンネルMOSFETが導通されるように位置している。   As described above, the top semiconductor layer 310, the buried semiconductor layer 311, the collector region 107, and the drain region 108 formed in the RESURF region 301 use a part of the collector region 107 during the operation of the semiconductor device. Thus, the P-channel MOSFET is positioned to be conductive.

以上のように、第1及び第2の実施形態では、本発明に係る半導体装置において、リサーフ領域101,301内に形成される半導体層の変形例について紹介したが、この他にも本発明の主旨を逸脱しない範囲での変形例を含むことは言うまでもない。   As described above, in the first and second embodiments, in the semiconductor device according to the present invention, the modification of the semiconductor layer formed in the RESURF regions 101 and 301 has been introduced. It goes without saying that modifications within the scope of the gist are included.

また、第1及び第2の実施形態では、本発明の第1及び第2の目的を達成するために、何れもリサーフ領域101,301内にドレイン領域108が形成されている場合について説明したが、本発明の第1の目的を達成するためには、リサーフ領域101,301内にドレイン領域108が形成されている必要はない。コレクタ領域107から頂上半導体層110まで延設するように形成されたフィールド絶縁膜112と、フィールド絶縁膜112上に形成された第2ゲート電極113とを備えることによって、本発明の第1の目的を達成することができることは言うまでもない。   In the first and second embodiments, the case where the drain region 108 is formed in the RESURF regions 101 and 301 has been described in order to achieve the first and second objects of the present invention. In order to achieve the first object of the present invention, the drain region 108 does not need to be formed in the RESURF regions 101 and 301. By including a field insulating film 112 formed so as to extend from the collector region 107 to the top semiconductor layer 110, and a second gate electrode 113 formed on the field insulating film 112, the first object of the present invention It goes without saying that can be achieved.

本発明は、ターンオフ時に、リサーフ領域内に残留している少数キャリアを効率良く引き抜くことができるため、スイッチング特性の向上を図ることができるので、高耐圧横型絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ等の半導体装置に有用である。   In the present invention, since minority carriers remaining in the RESURF region can be efficiently extracted at the time of turn-off, the switching characteristics can be improved, so that the semiconductor device such as a high breakdown voltage lateral insulated gate bipolar transistor can be used. Useful.

本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構造について示す平面図である。1 is a plan view showing a structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構造について示す断面図である。It is sectional drawing shown about the structure of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構造について示す断面図である。It is sectional drawing shown about the structure of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の変形例に係る半導体装置の構造について示す断面図である。It is sectional drawing shown about the structure of the semiconductor device which concerns on the modification of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の構造について示す平面図である。It is a top view shown about the structure of the semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の構造について示す断面図である。It is sectional drawing shown about the structure of the semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の構造について示す断面図である。It is sectional drawing shown about the structure of the semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 第1の従来例に係る半導体装置の構造について示す断面図である。It is sectional drawing shown about the structure of the semiconductor device which concerns on a 1st prior art example. 第2の従来例に係る半導体装置の構造について示す平面図である。It is a top view shown about the structure of the semiconductor device which concerns on a 2nd prior art example. 第2の従来例に係る半導体装置の構造について示す断面図である。It is sectional drawing shown about the structure of the semiconductor device which concerns on a 2nd prior art example. 第2の従来例に係る半導体装置の構造について示す断面図である。It is sectional drawing shown about the structure of the semiconductor device which concerns on a 2nd prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

100 P- 型半導体基板
101 N型リサーフ領域
102 P型ベース領域
103 P+ 型コンタクト領域
104 N+ 型エミッタ領域
105 第1ゲート絶縁膜
106 第1ゲート電極
107 P+ 型コレクタ領域
108 N+ 型ドレイン領域
109 コレクタ/ドレイン電極
110 P型頂上半導体層
112 フィールド絶縁膜(第2ゲート絶縁膜)
113 第2ゲート電極
114 層間膜
115 エミッタ/ソース電極
207a P型第2コレクタ領域
212 フィールド絶縁膜
301 N型リサーフ領域
310 P型頂上半導体層
311 P型埋め込み半導体層
400 P- 型半導体基板
401 N型リサーフ領域
402 P型ベース領域
403 P+ 型コンタクト領域
404 N+ 型エミッタ領域
405 ゲート絶縁膜
406 ゲート電極
407 P+ 型コレクタ領域
409 コレクタ電極
410 P型半導体層
412 フィールド絶縁膜
414 層間膜
415 エミッタ電極
500 P- 型半導体基板
501 N型リサーフ領域
502 P型ベース領域
503 P+ 型コンタクト領域
504 N+ 型エミッタ領域
505 ゲート絶縁膜
506 ゲート電極
507 P+ 型コレクタ領域
508 N+ 型ドレイン領域
509 コレクタ/ドレイン電極
510 P型半導体層
512 フィールド絶縁膜
514 層間膜
515 エミッタ/ソース電極
100 P type semiconductor substrate 101 N type RESURF region 102 P type base region 103 P + type contact region 104 N + type emitter region 105 first gate insulating film 106 first gate electrode 107 P + type collector region 108 N + type drain Region 109 Collector / drain electrode 110 P-type top semiconductor layer 112 Field insulating film (second gate insulating film)
113 Second gate electrode 114 Interlayer film 115 Emitter / source electrode 207a P-type second collector region 212 Field insulating film 301 N-type RESURF region 310 P-type top semiconductor layer 311 P-type buried semiconductor layer 400 P - type semiconductor substrate 401 N-type RESURF region 402 P type base region 403 P + type contact region 404 N + type emitter region 405 Gate insulating film 406 Gate electrode 407 P + type collector region 409 Collector electrode 410 P type semiconductor layer 412 Field insulating film 414 Interlayer film 415 Emitter electrode 500 P type semiconductor substrate 501 N type RESURF region 502 P type base region 503 P + type contact region 504 N + type emitter region 505 gate insulating film 506 gate electrode 507 P + type collector region 508 N + type drain region 509 Collector / drain electrode 510 P-type semiconductor layer 512 Field insulating film 514 Interlayer film 515 Emitter / source electrode

Claims (9)

第1導電型の半導体基板の表面に形成された第2導電型のリサーフ領域と、
前記半導体基板の表面に、前記リサーフ領域と隣接するように形成された第1導電型のベース領域と、
前記ベース領域内に形成された第2導電型のエミッタ領域と、
前記ベース領域上に、前記エミッタ領域から前記リサーフ領域まで延設するように形成された第1ゲート絶縁膜と、
前記第1ゲート絶縁膜上に形成された第1ゲート電極と、
前記リサーフ領域内に、前記ベース領域と離隔するように形成された第1導電型のコレクタ領域と、
前記半導体基板上に形成され、前記コレクタ領域と電気的に接続するコレクタ電極と、
前記リサーフ領域内の表層部に前記コレクタ領域と離隔するように形成され、且つ前記ベース領域と電気的に接続する第1導電型の頂上半導体層と、
前記リサーフ領域上に、前記コレクタ領域から前記頂上半導体層上まで延設するように形成された第2ゲート絶縁膜と、
前記第2ゲート絶縁膜上に形成された第2ゲート電極と、
前記半導体基板上に形成され、前記ベース領域、前記エミッタ領域、及び前記第2ゲート電極と電気的に接続するエミッタ電極とを備えていることを特徴とする半導体装置。
A second conductivity type RESURF region formed on the surface of the first conductivity type semiconductor substrate;
A base region of a first conductivity type formed on the surface of the semiconductor substrate so as to be adjacent to the RESURF region;
An emitter region of a second conductivity type formed in the base region;
A first gate insulating film formed on the base region so as to extend from the emitter region to the RESURF region;
A first gate electrode formed on the first gate insulating film;
A collector region of a first conductivity type formed in the RESURF region so as to be separated from the base region;
A collector electrode formed on the semiconductor substrate and electrically connected to the collector region;
A first conductive type top semiconductor layer formed in a surface layer portion in the RESURF region so as to be separated from the collector region and electrically connected to the base region;
A second gate insulating film formed on the RESURF region so as to extend from the collector region to the top semiconductor layer;
A second gate electrode formed on the second gate insulating film;
A semiconductor device comprising: an emitter electrode formed on the semiconductor substrate and electrically connected to the base region, the emitter region, and the second gate electrode.
前記リサーフ領域内に前記頂上半導体層と接するように形成され、且つ前記ベース領域と電気的に接続する第1導電型の埋め込み半導体層を更に備えていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a buried semiconductor layer of a first conductivity type formed in the RESURF region so as to be in contact with the top semiconductor layer and electrically connected to the base region. Semiconductor device. 第1導電型の半導体基板の表面に形成された第2導電型のリサーフ領域と、
前記半導体基板の表面に、前記リサーフ領域と隣接するように形成された第1導電型のベース領域と、
前記ベース領域内に形成された第2導電型のエミッタ領域と、
前記ベース領域上に、前記エミッタ領域から前記リサーフ領域まで延設するように形成された第1ゲート絶縁膜と、
前記第1ゲート絶縁膜上に形成された第1ゲート電極と、
前記リサーフ領域内に、前記ベース領域と離隔するように形成された第1導電型のコレクタ領域と、
前記リサーフ領域内に、前記ベース領域と離隔するように形成された第2導電型のドレイン領域と、
前記半導体基板上に形成され、前記コレクタ領域及び前記ドレイン領域と電気的に接続するコレクタ/ドレイン電極と、
前記リサーフ領域内の表層部に前記コレクタ領域と離隔するように形成され、且つ前記ベース領域と電気的に接続する第1導電型の頂上半導体層と、
前記リサーフ領域上に、前記コレクタ領域から前記頂上半導体層上まで延設するように形成された第2ゲート絶縁膜と、
前記第2ゲート絶縁膜上に形成された第2ゲート電極と、
前記半導体基板上に形成され、前記ベース領域、前記エミッタ領域、及び前記第2ゲート電極と電気的に接続するエミッタ/ソース電極とを備えていることを特徴とする半導体装置。
A second conductivity type RESURF region formed on the surface of the first conductivity type semiconductor substrate;
A base region of a first conductivity type formed on the surface of the semiconductor substrate so as to be adjacent to the RESURF region;
An emitter region of a second conductivity type formed in the base region;
A first gate insulating film formed on the base region so as to extend from the emitter region to the RESURF region;
A first gate electrode formed on the first gate insulating film;
A collector region of a first conductivity type formed in the RESURF region so as to be separated from the base region;
A drain region of a second conductivity type formed in the RESURF region so as to be separated from the base region;
A collector / drain electrode formed on the semiconductor substrate and electrically connected to the collector region and the drain region;
A top conductive semiconductor layer of a first conductivity type formed in a surface layer portion in the RESURF region so as to be separated from the collector region and electrically connected to the base region;
A second gate insulating film formed on the RESURF region so as to extend from the collector region to the top semiconductor layer;
A second gate electrode formed on the second gate insulating film;
A semiconductor device comprising: an emitter / source electrode formed on the semiconductor substrate and electrically connected to the base region, the emitter region, and the second gate electrode.
前記コレクタ領域から前記エミッタ領域へ向かう方向に対して垂直な方向に、前記コレクタ領域と前記ドレイン領域とが交互に配列するように、複数の前記コレクタ領域及び複数の前記ドレイン領域が形成されていることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。   A plurality of collector regions and a plurality of drain regions are formed such that the collector regions and the drain regions are alternately arranged in a direction perpendicular to the direction from the collector region to the emitter region. The semiconductor device according to claim 3. 前記リサーフ領域内に、前記頂上半導体層と接するように形成され、且つ前記ベース領域と電気的に接続する第1導電型の埋め込み半導体層を更に備えていることを特徴とする請求項3又は4に記載の半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 3, further comprising a buried semiconductor layer of a first conductivity type formed in the RESURF region so as to be in contact with the top semiconductor layer and electrically connected to the base region. A semiconductor device according to 1. 各々が、前記コレクタ領域から前記エミッタ領域へ向かう方向に対して垂直な方向に配列するように、複数の前記埋め込み半導体層が形成されていることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。   6. The semiconductor device according to claim 5, wherein a plurality of the embedded semiconductor layers are formed so that each of them is arranged in a direction perpendicular to a direction from the collector region to the emitter region. 各々が、前記コレクタ領域から前記エミッタ領域へ向かう方向に対して垂直な方向に、前記コレクタ領域と隣り合うように複数の前記頂上半導体層が形成されていることを特徴とする請求項3〜6のうちのいずれか1項に記載の半導体装置。   The plurality of top semiconductor layers are formed so as to be adjacent to the collector region in a direction perpendicular to the direction from the collector region to the emitter region, respectively. The semiconductor device according to any one of the above. 前記コレクタ領域の周縁部には、前記コレクタ領域と接するように第2コレクタ領域が更に形成されており、
前記第2コレクタ領域に含まれる第1導電型不純物の濃度は、前記コレクタ領域に含まれる第1導電型不純物の濃度よりも低い濃度を有しており、
前記第2ゲート絶縁膜は、前記第2コレクタ領域から前記頂上半導体層上まで形成されていることを特徴とする請求項1〜7のうちのいずれか1項に記載の半導体装置。
A second collector region is further formed on the periphery of the collector region so as to be in contact with the collector region,
A concentration of the first conductivity type impurity contained in the second collector region is lower than a concentration of the first conductivity type impurity contained in the collector region;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second gate insulating film is formed from the second collector region to the top semiconductor layer.
前記第2ゲート電極は、P型半導体の多結晶体よりなることを特徴とする請求項1〜8のうちのいずれか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the second gate electrode is made of a polycrystal of a P-type semiconductor.
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